Vehículos de celda de combustible de hidrógeno: cómo funcionan

Un vehículo de celda de combustible de hidrógeno (FCV o FCEV) es un vehículo eléctrico que produce su propia electricidad a bordo: el hidrógeno de un tanque y el oxígeno del aire reaccionan en una celda de combustible, y la electricidad impulsa un motor eléctrico. Las únicas emisiones por el escape son vapor de agua y aire caliente. La EPA califica estos vehículos en MPGe y en kilogramos de hidrógeno por 100 millas y, como las estaciones de abastecimiento escasean, la disponibilidad importa tanto como la calificación.

Puntos clave

• Un vehículo de celda de combustible lo mueve un motor eléctrico, como un auto eléctrico de batería, pero su electricidad proviene del hidrógeno y no de un enchufe.
• Las calificaciones de vehículos de celda de combustible de fueleconomy.gov indican MPGe y kilogramos de hidrógeno por 100 millas.
• La energía de aproximadamente 1 kilogramo de hidrógeno es más o menos la misma que la de 1 galón de gasolina, según el AFDC.
• Las estaciones públicas de hidrógeno son limitadas y están concentradas en California; consulta el localizador de estaciones del AFDC para tu zona.
• Este sitio no muestra un costo de combustible en dólares para los vehículos de hidrógeno.

Cómo funciona un vehículo de celda de combustible

fueleconomy.gov describe el tipo que se usa en los autos como una celda de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM). En el ánodo, un catalizador de platino divide el hidrógeno en protones y electrones. La membrana deja pasar solo los protones hacia el cátodo, por lo que los electrones deben viajar por un circuito externo, lo que crea la corriente eléctrica que alimenta el motor. En el cátodo, los electrones y los protones se combinan con el oxígeno para formar agua, que sale de la celda. Cada celda individual produce muy poca potencia, así que se ensamblan muchas en una pila de celdas de combustible.

El AFDC dice que una celda de combustible acoplada a un motor eléctrico es de dos a tres veces más eficiente que un motor de combustión interna que funciona con gasolina. También señala que el hidrógeno se puede quemar en motores de combustión interna, que es una tecnología distinta que produce óxidos de nitrógeno, mientras que los vehículos de celda de combustible no producen emisiones por el escape aparte del vapor de agua y el aire caliente.

Cómo se califican

La etiqueta de la EPA para un FCV muestra la economía de combustible en millas por galón equivalente de gasolina (MPGe), la misma unidad que se usa para los vehículos eléctricos; consulta qué son MPG y MPGe. Para el hidrógeno, un galón equivalente es la masa de hidrógeno que tiene la energía de un galón de gasolina. El AFDC indica que la energía de 2.2 libras (1 kilogramo) de gas hidrógeno es más o menos la misma que la energía de 1 galón (6.2 libras, 2.8 kilogramos) de gasolina. Los listados de FCV de fueleconomy.gov dan un MPGe combinado y los kilogramos de hidrógeno usados por 100 millas, que es la contraparte del hidrógeno de kWh por 100 millas (guía). Menos kilogramos por 100 millas significa más eficiencia.

La autonomía es una cifra aparte de la etiqueta. fueleconomy.gov dice que algunos FCV han logrado autonomías comparables a las de los vehículos convencionales, de unas 300 a 400 millas, y que el hidrógeno contiene mucha menos energía por volumen que la gasolina o el diésel.

Abastecimiento

Según el AFDC, los FCV livianos actuales almacenan el hidrógeno en tanques a 10,000 libras por pulgada cuadrada (comercializado como H70) y se pueden reabastecer en 3 a 5 minutos. Como comparación, fueleconomy.gov indica que una carga rápida al 80% de la batería de un EV toma unos 30 minutos. El límite práctico es dónde se puede hacer: fueleconomy.gov dice que el hidrógeno está disponible en un número limitado de estaciones públicas, sobre todo en California, y el localizador de estaciones del AFDC es el lugar para consultar la disponibilidad actual. El AFDC dice que los vehículos están disponibles para los consumidores solo en regiones con infraestructura de hidrógeno existente.

Por qué este sitio no muestra un costo en dólares

Para la gasolina, el diésel y la electricidad, Gallonly usa series de precios con fecha de la EIA para estimar un costo anual, como se describe en cómo se calcula el costo anual de combustible. El hidrógeno no forma parte de ese conjunto, así que mostramos las cifras de eficiencia de la EPA y ningún costo. Si se conoce el precio del hidrógeno en la estación, se puede multiplicar por los kilogramos usados por 100 millas y por el kilometraje anual.

Beneficios y desafíos, según lo indican las agencias

fueleconomy.gov enumera estos para los FCV que funcionan con hidrógeno puro: no emiten contaminantes dañinos, y el hidrógeno se puede obtener de fuentes nacionales como el gas natural, el carbón, el agua, el biogás y los residuos agrícolas. También enumera desafíos: el costo del vehículo, la infraestructura limitada de reabastecimiento, la durabilidad de las pilas de celdas de combustible y la aceptación de los consumidores. La forma en que se produce el hidrógeno afecta las emisiones previas al vehículo; fueleconomy.gov señala que algunos métodos de producción generan emisiones, típicamente mucho menores que las asociadas con los vehículos de gasolina.

Cómo se compara con otras opciones eléctricas

Un FCV y un vehículo eléctrico de batería usan ambos un motor eléctrico. La opción de batería se carga desde la red (la autonomía de los EV explicada); el FCV se reabastece con hidrógeno. Los híbridos enchufables y los híbridos convencionales combinan un motor de combustión con una batería; consulta híbrido vs híbrido enchufable vs EV. Para las calificaciones de FCV, explora la base de datos de autos.